Примените нелинейность без памяти, чтобы объединить сгенерированный модулированный сигнал
comm.MemorylessNonlinearity Система object™ применяет нелинейные ухудшения без памяти к сгенерированному модулированному сигналу. Используйте этот Системный объект, чтобы смоделировать нелинейные ухудшения без памяти, вызванные усилением сигнала в передатчике радиочастоты (RF) или приемнике. Для получения дополнительной информации смотрите Нелинейные Ухудшения Без памяти.
Применять нелинейные ухудшения без памяти к комплексному сгенерированному модулированному сигналу:
Создайте comm.MemorylessNonlinearity объект и набор его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.
Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты?
mnl = comm.MemorylessNonlinearity
mnl = comm.MemorylessNonlinearity(Name,Value)'Method','Saleh model' устанавливает метод моделирования на метод Салеха.
Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:
release(obj)
Примените нелинейность кубического полинома к двум 16-QAM сигналам. Первый уровень мощности входного сигнала находится в линейной области кривой характеристики мощности усилителя. Второй уровень мощности входного сигнала находится в нелинейной области кривой характеристики мощности усилителя. Покажите кривую характеристики мощности усилителя и схему созвездия для усиленных 16-QAM сигналов.
Инициализируйте симуляцию
Инициализируйте переменные для симуляции и создайте Системные объекты для ухудшения усилителя нелинейности без памяти и схемы созвездия. Так, чтобы созвездие показало сжатие степени только (и никакое вращение фазы), сконфигурируйте ухудшение усилителя нелинейности без памяти с обнуленным искажением AM-PM.
M = 16; % Modulation order sps = 4; % Samples per symbol pindBm = [12 25]; % Input power gain = 10; % Amplifier gain amplifier = comm.MemorylessNonlinearity("Method","Cubic polynomial", ... "LinearGain",gain,"AMPMConversion",0,"ReferenceImpedance",50); refConst = qammod([0:M-1],M); axisLimits = [-gain gain]; constdiag = comm.ConstellationDiagram("NumInputPorts",2, ... "ChannelNames",["Linear" "Nonlinear"],"ShowLegend",true, ... "ReferenceConstellation",refConst, ... "XLimits",axisLimits,"YLimits",axisLimits);
Усильте и постройте сигнал
Применяйтесь 16-QAM к входному сигналу случайных данных. Усильте сигнал и используйте plot функция comm.MemorylessNonlinearity Системный объект, чтобы показать выходную мощность и кривые фазового отклика. Первый уровень мощности входного сигнала является 12 dBm и находится в линейной области кривой характеристики мощности усилителя. Второй уровень мощности входного сигнала является 25 dBm и находится в нелинейной области кривой характеристики мощности усилителя.
pin = 10.^((pindBm-30)/10); % Convert dBm to linear Watts data = randi([0 M-1],1000,1); modOut = qammod(data,M,"UnitAveragePower",true)*sqrt(pin*amplifier.ReferenceImpedance); ampOut = amplifier(modOut); plot(amplifier);
Добавьте AWGN в два усиленных сигнала и покажите схему созвездия для сигналов.
snr = 25; noisyLinOut = awgn(ampOut(:,1),snr,"measured"); noisyNonLinOut = awgn(ampOut(:,2),snr,"measured"); constdiag(noisyLinOut,noisyNonLinOut);
Сгенерируйте 16-QAM данные со средней степенью 10 мВт и ссылочным импедансом 1 Ома. Передайте данные через нелинейный усилитель мощности (PA).
M = 16; data = randi([0 (M - 1)]',1000,1); avgPow = 1e-2; minD = avgPow2MinD(avgPow,M);
Создайте Системный объект нелинейности без памяти, задав метод модели Салеха.
saleh = comm.MemorylessNonlinearity('Method','Saleh model');
Сгенерируйте модулируемые символы и передайте их через модель нелинейности усилителя мощности (УМ).
modData = (minD/2).*qammod(data,M); y = saleh(modData);
Сгенерируйте график рассеивания результатов.
scatterplot(y)
Средняя нормализация степени входного сигнала.
function minD = avgPow2MinD(avgPow,M) % Average power to minimum distance nBits = log2(M); if (mod(nBits,2)==0) % Square QAM sf = (M - 1)/6; else % Cross QAM if (nBits>4) sf = ((31*M/32) - 1)/6; else sf = ((5*M/4) - 1)/6; end end minD = sqrt(avgPow/sf); end
Постройте сжатие усиления нелинейного усилителя для 16-QAM сигнала.
Задайте порядок модуляции и выборки на параметры символа.
M = 16; sps = 4;
Смоделируйте нелинейный усилитель путем создания Системного объекта нелинейности без памяти с входной точкой пересечения третьего порядка на 30 дБ. Создайте системный объект фильтр приподнятого косинуса.
amplifier = comm.MemorylessNonlinearity('IIP3',30); txfilter = comm.RaisedCosineTransmitFilter( ... 'RolloffFactor',0.3,'FilterSpanInSymbols',6, ... 'OutputSamplesPerSymbol',sps,'Gain',sqrt(sps));
Задайте входную мощность в dBm и ссылочном импедансе 1 Ома. Преобразуйте входную мощность в W и инициализируйте вектор усиления.
pindBm = -5:25; pin = 10.^((pindBm-30)/10); gain = zeros(length(pindBm),1);
Выполните основной цикл обработки, который включает эти шаги.
Сгенерируйте случайные символы данных.
Модулируйте символы данных и настройте среднюю степень сигнала.
Отфильтруйте модулируемый сигнал.
Усильте сигнал.
Измерьте усиление.
for k = 1:length(pin) data = randi([0 (M - 1)],1000,1); modSig = qammod(data,M,'UnitAveragePower',true)*sqrt(pin(k)); filtSig = txfilter(modSig); ampSig = amplifier(filtSig); gain(k) = 10*log10(mean(abs(ampSig).^2) / mean(abs(filtSig).^2)); end
Постройте усиление усилителя в зависимости от степени входного сигнала. 1 точка сжатия усиления дБ происходит для входной мощности 18.5 dBm. Чтобы увеличить точку, в которой наблюдается сжатие на 1 дБ, увеличьте точку пересечения третьего порядка, amplifier.IIP3.
arrayplot = dsp.ArrayPlot('PlotType','Line','XLabel','Power In (dBm)', ... 'XOffset',-5,'YLimits',[-5 5]); arrayplot(gain)
Примените нелинейные характеристики усилителя мощности (PA) с 50 импеданс к 16-QAM сигналу. Загрузите характеристики усилителя мощности (УМ) путем установки Method свойство к 'Lookup table'. pa_performance_characteristics функция помощника выводит интерполяционную таблицу показателей производительности усилителя.
Задайте параметры для порядка модуляции, выборок на символ и входной мощности. Создайте случайные данные.
M = 16; % Modulation order sps = 4; % Samples per symbol pindBm = -8; % Input power pin = 10.^((pindBm-30)/10); % power in Watts data = randi([0 (M - 1)],1000,1); refdata = 0:M-1; refconst = qammod(refdata,M,'UnitAveragePower',true); paChar = pa_performance_characteristics();
Создайте Системный объект нелинейности без памяти, Системный объект фильтра передачи, и созвездие схематически изображает Системный объект. Значения интерполяционной таблицы по умолчанию используются для Системного объекта нелинейности без памяти.
amplifier = comm.MemorylessNonlinearity('Method','Lookup table','Table',paChar,'ReferenceImpedance',50); txfilter = comm.RaisedCosineTransmitFilter('RolloffFactor',0.3, ... 'FilterSpanInSymbols',6,'OutputSamplesPerSymbol',sps,'Gain',sqrt(sps)); constellation = comm.ConstellationDiagram('SamplesPerSymbol',4, ... 'Title','Amplified/Distorted Signal','NumInputPorts',2, ... 'ReferenceConstellation', refconst,'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Filtered signal','Amplified signal'});
Модулируйте случайные данные. Отфильтруйте и примените нелинейные характеристики усилителя к символам модуляции.
modSig = qammod(data,M,'UnitAveragePower',true)*sqrt(pin * amplifier.ReferenceImpedance);
filtSig = txfilter(modSig);
ampSig = amplifier(filtSig);Вычислите уровни сигнала ввода и вывода и сдвиг фазы.
pSig = abs(ampSig).^2 / amplifier.ReferenceImpedance; poutdBm = 10 * log10(pSig) + 30; pfiltSig = abs(filtSig).^2 / amplifier.ReferenceImpedance; simulated_pindBm = 10 * log10(pfiltSig) + 30; phase = rad2deg(angle(ampSig.*conj(filtSig)));
Постройте характеристики AM, характеристики AM/PM и результаты созвездия.
figure set(gcf,'units','normalized','position',[.25 1/3 .5 1/3]) subplot(1,2,1) plot(simulated_pindBm,poutdBm,'.'); hold on plot(amplifier.Table(:,1),amplifier.Table(:,2),'.','Markersize',15); xlabel('Input Power (dBm)') ylabel('Output Power (dBm)'); grid on; title('AM/AM Characteristics'); leglabel = {'Simulated results','Measurement'}; legend (leglabel,'Location','south'); subplot(1,2,2) plot(simulated_pindBm,phase,'.'); hold on plot(amplifier.Table(:,1),amplifier.Table(:,3),'.','Markersize',15); legend (leglabel,'Location','south'); xlabel('Input Power (dBm)'); ylabel('Output Phase Shift (degrees)'); grid on; title('AM/PM Characteristics');
В целях сравнения созвездия нормируйте усиленный сигнал и отфильтрованный сигнал. Сгенерируйте схему созвездия отфильтрованного сигнала и усиленного сигнала. Нелинейные характеристики усилителя вызывают сжатие усиленного сигнального созвездия по сравнению с отфильтрованным созвездием.
filtSig = filtSig/mean(abs(filtSig)); % Normalized filtered signal ampSig = ampSig/mean(abs(ampSig)); % Normalized amplified signal constellation(filtSig,ampSig)
Функция помощника
function paChar = pa_performance_characteristics()Операционная спецификация для основанного на LDMOS усилителя Доэрти:
Частота 2 110 МГц
Пиковая мощность 300 Вт
Маленькое усиление сигнала 61 дБ
Каждая строка в HAV08_Table задает Контакт (dBm), усиление (дБ), сдвиг фазы (степени), как выведено от фигуры 4 Hammi, Oualid, и др. "Оценка усилителей мощности модели и квантификация интенсивности эффектов памяти с помощью метода посткомпенсации без памяти". Транзакции IEEE на Микроволновой Теории и Методах 56.12 (2008): 3170-3179.
HAV08_Table =...
[-35,60.53,0.01;
-34,60.53,0.01;
-33,60.53,0.08;
-32,60.54,0.08;
-31,60.55,0.1;
-30,60.56,0.08;
-29,60.57,0.14;
-28,60.59,0.19;
-27,60.6,0.23;
-26,60.64,0.21;
-25,60.69,0.28;
-24,60.76,0.21;
-23,60.85,0.12;
-22,60.97,0.08;
-21,61.12,-0.13;
-20,61.31,-0.44;
-19,61.52,-0.94;
-18,61.76,-1.59;
-17,62.01,-2.73;
-16,62.25,-4.31;
-15,62.47,-6.85;
-14,62.56,-9.82;
-13,62.47,-12.29;
-12,62.31,-13.82;
-11,62.2,-15.03;
-10,62.15,-16.27;
-9,62,-18.05;
-8,61.53,-20.21;
-7,60.93,-23.38;
-6,60.2,-26.64;
-5,59.38,-28.75];Преобразуйте второй столбец HAV08_Table от усиления, чтобы Дуться для использования Системным объектом нелинейности без памяти.
paChar = HAV08_Table;
paChar(:,2) = paChar(:,1) + paChar(:,2);
endНелинейные ухудшения без памяти искажают амплитуду и фазу входного сигнала. Амплитудное искажение является модуляцией от амплитуды к амплитуде (AM), и искажение фазы является амплитудой к фазовой модуляции (AM/PM). Эти методы модели доступны для симуляции нелинейных моделей ухудшения без памяти.
| Метод модели | Нелинейное ухудшение без памяти |
|---|---|
Кубический полином | Применяет AM и AM/PM |
Гиперболический тангенс | |
Модель Салеха | |
Модель Ghorbani | |
Модифицированная модель Rapp | |
Интерполяционная таблица | Применяет ухудшение согласно [P в, P, ΔΦ] характеристики усилителя, заданные Table свойство |
Смоделированные ухудшения применяют AM и искажения AM/PM по-другому согласно методу модели, который вы задаете. Модели применяют нелинейное ухудшение без памяти к входному сигналу путем выполнения этих шагов.
Умножьте сигнал на входной фактор усиления.
Примечание
Можно нормировать сигнал к 1 путем установки входного усиления масштабирования на инверсию амплитуды входного сигнала.
Разделите комплексный сигнал в его величину и угловые компоненты. Для входных сигналов с действительным знаком обнуляется мнимый компонент.
Примените искажение AM к величине сигнала, согласно выбранному методу модели, произвести величину выходного сигнала.
Примените искажение AM/PM к фазе сигнала, согласно выбранному методу модели, произвести угол выходного сигнала.
Объедините новую величину и угловые компоненты в комплексный сигнал. Затем умножьте результат на выходной фактор усиления.
Методы модели применяют AM и ухудшения AM/PM как показано в этом рисунке.
Метод интерполяционной таблицы использует интерполяционную таблицу характеристик усилителя мощности (PA) в виде N-by-3 матрица измеренных характеристик усилителя мощности (УМ). Каждая строка имеет форму [P в, P, ΔΦ]. P в задает входной сигнал усилителя мощности (УМ) в dBm, P задает выходной сигнал усилителя мощности (УМ) в dBm, и ΔΦ задает выходной сдвиг фазы в градусах. Измеренные характеристики усилителя мощности (УМ) заданы Table свойство используется для расчета AM (в dBm/dBm) и AM/PM (в deg/dBm) нелинейные характеристики ухудшения. Системный объект искажает входной сигнал вычисленным AM (в dBm/dBm) и AM/PM (в deg/dBm) значения.
Примечание
Определить соответствующий P и ΔΦ значения для любого P в значениях вне области значений значений, заданных в Table свойство, Системный объект применяет линейную экстраполяцию от первых двух или последних двух [P в, P, ΔΦ] строки Table.
Этот рисунок показывает поведение преобразования AM/PM для кубического полинома и гиперболических методов модели касательной.
Шкалы перевода AM/PM линейно со значением входной мощности между нижними и верхними пределами уровня входной мощности. Вне этой области значений преобразование AM/PM является постоянным в значениях, соответствующих более низким и верхним пределам входной мощности, которые являются нулем и (AM/PM conversion) × (upper input power limit – lower input power limit), соответственно.
Метод модели кубического полинома использует усиление линейной мощности, чтобы определить линейный коэффициент полинома третьего порядка и или степень ввода или вывода в dBm для точки пересечения третьего порядка (IP3), указать на один дБ ниже, чем выходная мощность (P1dB) или степень насыщения (Psat), чтобы определить коэффициент третьего порядка полинома. Этот рисунок показывает пример графика, сгенерированного, когда вы устанавливаете Method свойство к 'Cubic polynomial'.
Общая форма кубической нелинейности моделирует характеристики AM как
где FAM/AM(|u|) величина выходного сигнала, |u| является величиной входного сигнала, c 1 является коэффициентом линейного термина усиления, и c 3 является коэффициентом кубического термина усиления. Результаты для IIP3, OIP3, IP1dB, OP1dB, IPsat и OPsat взяты от [6]. Коэффициент c 3 значения дан в этой таблице.
| Тип нелинейности | Описание | Уравнение |
|---|---|---|
IIP3 | Уровень входной мощности, на котором степень от линейного усиления равна степени от нелинейности третьего порядка | где IIP3 дан в dBm. |
OIP3 | Уровень выходной мощности, на котором степень от линейного усиления равна степени от нелинейности третьего порядка | где OIP3 дан в dBm. |
IP1dB | Уровень входной мощности, на котором выходная мощность составляет один дБ меньше, чем степень от линейного усиления | где IP1dB дан в dBm. |
OP1dB | Уровень выходной мощности один дБ меньше, чем степень от линейного усиления | где OP1dB дан в dBm, и LGdB является линейным усилением в дБ |
IPsat | Входная мощность, в которой выходная мощность насыщает | где IPsat дан в dBm. |
OPsat | Выведите степень насыщения | где OPsat дан в dBm. |
Этот рисунок показывает поведение AM (выходное напряжение по сравнению с входным напряжением для искажения AM) и поведение AM/PM (выходная фаза по сравнению с входным напряжением для искажения AM/PM) для метода модели Салеха.
Параметры AM, αAMAM и βAMAM, используются для расчета амплитудное искажение входного сигнала при помощи
где u является величиной масштабированного сигнала.
Параметры AM/PM, αAMPM и βAMPM, используются для расчета искажение фазы входного сигнала при помощи
где u является величиной масштабированного сигнала. α и β параметры для AM и AM/PM так же называют, но отличны.
[1] Салех, A.A.M. “Независимые от частоты и Зависимые Частотой Нелинейные Модели Усилителей TWT”. Транзакции IEEE на Коммуникациях 29, № 11 (ноябрь 1981): 1715–20. https://doi.org/10.1109/TCOM.1981.1094911.
[2] Ghorbani, A. и М. Шейхэн. "Эффект твердотельных усилителей мощности (SSPAs) нелинейность на MPSK и передаче сигнала M-QAM". На 1 991 шестой международной конференции по вопросам цифровой обработки сигналов в коммуникациях, 193–97, 1991.
[3] Rapp, Ch. "Эффекты HPA-нелинейности на 4-DPSK/OFDM-Signal для Цифровой Звуковой Широковещательной Системы". В Продолжениях Вторая европейская Конференция по Находившемуся. Коммуникация (ESA SP-332), 179–84. Льеж, Бельгия, 1991. https://elib.dlr.de/33776/.
[4] Чой, C., et.al. "Модели ухудшения RF для 60 GHz-полос симуляция SYS/PHY". IEEE 802.15 06 0477 01 003c. Ноябрь 2006.
[5] Perahia, E. "Методология Оценки TGad". IEEE 802.11-09/0296r16. 20 января 2010. https://mentor.ieee.org/802.11/dcn/09/11-09-0296-16-00ad-evaluation-methodology.doc.
[6] Kundert, Кен. "Точное и быстрое измерение IP2 и IP3". Сообщество руководства разработчика. 22 мая 2002.